Училась в частной художественной школе в Петербурге. Благодаря стипендии уехала в 1907 году в Париж, где посещала студию Анри Матисса, посещала также академию «La Palette». В 1912 году в своей мастерской на Монпарнасе организовала «Свободную русскую академию», потом «Academie Vassilieff».
В начале первой мировой войны была медсестрой во французском Красном Кресте.
Во время первой мировой войны Васильева основала в своей мастерской дешёвую столовую («Cantine des artistes»).
С 1916 года начала создавать гротескные куклы для театра Гезы Блаттнера. После войны создала сценографию для шведского балета Р. де Маре. Мария Васильева выставлялась на Парижских осенних салонах и в салоне Независимых. Создала фрески в «Caf? de la Coupole».
В 1930 году переехала на юг Франции. С 1938 года жила в Кань-сюр-Мер. В Париж Васильева вернулась в 1946 году после второй мировой войны. В последние годы жизни она провела в доме для престарелых художников в Ножан-сюр-Марн (округ).
После её смерти в помещении бывшей мастерской Марии Васильевой был создан Музей Монпарнаса.